本發明屬于精細化工，尤其是一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的方法及裝置。

背景技術：

1、偏釩酸鉀，英文名稱：potassium?metavanadate，分子式為kvo3，廣泛應用于釉料、化工觸媒、醫療等領域。目前，偏釩酸鉀的生產工藝有固相熔融法和堿溶結晶法：固相熔融法是將多釩酸銨（(nh4)2v6o16）、偏釩酸銨（nh4vo3）或五氧化二釩（v2o5）與碳酸鉀（k2co3）按化學計量比混合加熱至熔融態，冷卻后在水介質體系中重結晶得到kvo3。工業上通常采用堿溶結晶法，以(nh4)2v6o16、nh4vo3或v2o5為原料，在80～100℃的氫氧化鉀溶液中反應1～2h，將低價釩氧化物等難溶雜質過濾得到澄清偏釩酸鉀溶液，蒸發濃縮至溶液過飽和，冷卻結晶得到偏釩酸鉀。

2、上述方法中，生產原料v2o5多是由(nh4)2v6o16或nh4vo3經煅燒脫氨制得。這種方法的一個固有缺點是，在550℃煅燒溫度下，多釩酸銨或偏釩酸氨分解得到nh3和v2o5，nh3作為還原劑將少量v2o5還原為低價釩氧化物。所述低價釩氧化物不與氫氧化鉀溶液反應，以固相形式懸浮在偏釩酸鉀溶液中，需過濾后再進行蒸發濃縮結晶。由于高濃度偏釩酸鉀溶液黏度大，導致低價釩氧化物過濾困難，降低了生產效率和釩收率。

3、同樣的，以(nh4)2v6o16或nh4vo3為原料，堿溶過程分解大量nh3，偏釩酸鉀溶液中殘留的少量nh4+與偏釩酸根結合，隨偏釩酸鉀結晶析出，導致偏釩酸鉀產品中氮雜質含量超標。

4、另一個缺點是，由于偏釩酸鉀溶解度和過飽和度大，在冷卻結晶過程加入晶種促進偏釩酸鉀結晶析出，高濃度偏釩酸鉀結晶母液返回堿溶罐循環利用，導致固相釩原料溶解速率降低和偏釩酸鉀溶液中雜質累積，影響生產效率和產品質量。

5、近些年，針對上述工藝存在的問題，國內科技工作者提出了改進工藝。例如，公開號cn108975398a提供了一種高密度偏釩酸鉀及其制備方法，在加熱堿溶過程中加入h2o2溶液，低價釩氧化物與h2o2反應得到偏釩酸鉀；該方法提高了釩收率，但高溫下h2o2易分解成水和氧氣，降低氧化性，仍需過濾去除未反應低價釩氧化物。《偏釩酸鉀制備工藝的可行性研究[j]》（鐵合金,2022,53(01):24～27），穆小玲向鈉化焙燒浸出液中加入碳酸鉀，濃硫酸調節ph值至1.5～1.8，水解沉釩得到含鈉多釩酸鉀，與碳酸鉀混合熔融，在水介質體系中重結晶得到偏釩酸鉀產品；該過程不產生還原劑nh3，但產品中鈉雜質含量高。公開號cn102531055a提供了一種偏釩酸鈉/偏釩酸鉀的制備方法，向釩酸鈉溶液中加入氯化鈣得到釩酸鈣固體，與碳酸氫鉀溶液反應得到偏釩酸鉀溶液和碳酸氫鈣沉淀；該體系生成大量含氯廢水，且返溶釩酸鈣時，由于ca(hco3)2具有一定溶解度，導致偏釩酸鉀產品中ca含量增加。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是提供一種產品純凈的釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的方法；本發明還提供了一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的裝置。

2、為解決上述技術問題，本發明方法所采取的技術方案包括下述步驟：1）按鉀離子和釩的摩爾比為0.34～1.0將釩酸鈉溶液和硫酸鉀混合，加入濃硫酸至ph值為1.9～2.5，在90～100℃反應、結晶，分離，得到多釩酸鉀固體；

3、2）按鉀離子和釩的摩爾比為0.5～1.0將多釩酸鉀固體加入氫氧化鉀溶液中，加熱升溫至80～100℃進行消解反應，得到偏釩酸鉀溶液。

4、進一步的，所述步驟2），消解反應終點溶液ph值為7.0～9.0。

5、進一步的，所述步驟2），所得偏釩酸鉀溶液經濃縮、干燥，得到高純偏釩酸鉀。

6、為解決上述技術問題，本發明裝置所采取的技術方案是：包括結晶反應釜、一號過濾裝置、消解反應釜和二號過濾裝置；所述結晶反應釜設有釩酸鈉溶液入口、硫酸鉀入口和濃硫酸入口，并設有加熱機構；所述消解反應釜設有多釩酸鉀入口和氫氧化鉀溶液入口，并設有加熱機構；所述結晶反應釜底部的出口連通一號過濾裝置的入口，一號過濾裝置的固料出口連接消解反應釜的多釩酸鉀入口，消解反應釜底部的出口連通二號過濾裝置的入口；所述二號過濾裝置的固料出口連接消解反應釜的多釩酸鉀入口。

7、進一步的，還設有蒸發濃縮裝置和噴霧干燥裝置；所述二號過濾裝置的液料出口連通蒸發濃縮裝置的入口，蒸發濃縮裝置的出口連通噴霧干燥裝置的入口。

8、更進一步的，還設有冷凝器；所述蒸發濃縮裝置的蒸汽出口和噴霧干燥裝置的蒸汽出口通過冷凝器連通消解反應釜的氫氧化鉀溶液入口。

9、采用上述技術方案所產生的有益效果在于：與傳統固相熔融法和堿溶結晶法不同，本發明創新性的以高純多釩酸鉀作為堿溶工藝釩原料，消解反應中加入過量多釩酸鉀精確調控偏釩酸鉀溶液鉀釩比值，從而得到高純偏釩酸鉀。本發明的以鈉化焙燒浸出的釩酸鈉溶液為原料短流程制備偏釩酸鉀，制備過程中不產生還原性氣體nh3和低價釩，改變偏釩酸鉀析出過程，使溶液中偏釩酸鉀全部析出。本發明以高純多釩酸鉀作為堿溶工藝的釩原料，避免引入銨鹽導致脫氨過程釩被還原，能制備出粒度均勻，流動性好的球狀偏釩酸鉀固體顆粒，提高偏釩酸鉀結晶過程穩定性和釩回收率，所得偏釩酸鉀產品純度大于99.5wt%、釩回收率大于99%。

技術特征：

1.一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的方法，其特征在于，包括下述步驟：1）按鉀離子和釩的摩爾比為0.34～1.0將釩酸鈉溶液和硫酸鉀混合，加入濃硫酸至ph值為1.9～2.5，在90～100℃反應、結晶，分離，得到多釩酸鉀固體；

2.根據權利要求1所述的一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的方法，其特征在于：所述步驟2），消解反應終點溶液ph值為7.0～9.0。

3.根據權利要求1所述的一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的方法，其特征在于：所述步驟2），所得偏釩酸鉀溶液經濃縮、干燥，得到高純偏釩酸鉀。

4.一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的裝置，其特征在于：包括結晶反應釜（1）、一號過濾裝置（2）、消解反應釜（3）和二號過濾裝置（4）；所述結晶反應釜（1）設有釩酸鈉溶液入口、硫酸鉀入口和濃硫酸入口，并設有加熱機構；所述消解反應釜（3）設有多釩酸鉀入口和氫氧化鉀溶液入口，并設有加熱機構；所述結晶反應釜（1）底部的出口連通一號過濾裝置（2）的入口，一號過濾裝置（2）的固料出口連接消解反應釜（3）的多釩酸鉀入口，消解反應釜（3）底部的出口連通二號過濾裝置（4）的入口；所述二號過濾裝置（4）的固料出口連接消解反應釜（3）的多釩酸鉀入口。

5.根據權利要求4所述的一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的裝置，其特征在于：還設有蒸發濃縮裝置（5）和噴霧干燥裝置（6）；所述二號過濾裝置（4）的液料出口連通蒸發濃縮裝置（5）的入口，蒸發濃縮裝置（5）的出口連通噴霧干燥裝置（6）的入口。

6.根據權利要求5所述的一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的裝置，其特征在于：還設有冷凝器（7）；所述蒸發濃縮裝置（5）的蒸汽出口和噴霧干燥裝置（6）的蒸汽出口通過冷凝器（7）連通消解反應釜（3）的氫氧化鉀溶液入口。

技術總結
本發明公開了一種釩酸鈉短流程制備高純偏釩酸鉀的方法及裝置，包括下述步驟：1）按鉀離子和釩的摩爾比為0.34～1.0將釩酸鈉溶液和硫酸鉀混合，加入濃硫酸至pH值為1.9～2.5，在90～100℃反應、結晶，分離，得到多釩酸鉀固體；2）按鉀離子和釩的摩爾比為0.5～1.0將多釩酸鉀固體加入氫氧化鉀溶液中，加熱升溫至80～100℃進行消解反應，得到偏釩酸鉀溶液。本發明以鈉化焙燒浸出的釩酸鈉溶液為原料短流程制備偏釩酸鉀，制備過程中不產生還原性氣體NH<subgt;3</subgt;和低價釩，改變偏釩酸鉀析出過程，能制備出粒度均勻，流動性好的球狀偏釩酸鉀固體顆粒，提高偏釩酸鉀結晶過程穩定性和釩回收率，所得偏釩酸鉀產品純度大于99.5wt%、釩回收率大于99%。

技術研發人員：李蘭杰,劉帥峰,劉倩倩,王明潔,高明磊,張彩東,李毅仁,祁健,王寶華,王海旭
受保護的技術使用者：河北河鋼材料技術研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28